国内碳纤维复合芯导线的研究和应用综述

第３１卷第４期．９０．２０１０年４ｆｌ

电力建设

ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ

、，０１．３１，Ｎｏ．４

Ａｐｒ，２０１０

中图分类号：ＴＭ２４７文献标志码：Ａ文章编号：１０００－７２２９（２０１０）０４．００９０．０４

国内碳纤维复合芯导线的研究和应用综述

何州文，陈新，王秋玲，张卓

（中国电力科学研究院，北京市，１００１９２）

ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＯｖｅｒｖｉｅｗｏｆＡＣＣＣＣｏｎｄｕｃｔｏｒｉｎＣｈｉｎａＨＥＺｈｏｕ－ｗｅｎ，ＣＨＥＮＸｉｎ，ＷＡＮＧＱｉｕ－ｌｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＺｈｕｏ

（ＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳＧＣＣ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９２，Ｃｈｉｎａ）

ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｅａｌｕｍｉｎｕｍｃｏｎｄｕｃｔｏｒｗｉｔｈｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｒｅｏｆ

ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｉｓａｂｒａｎｄｎｅｗｃｏｎｄｕｃｔｏｒｆｏｒｏｖｅｒｈｅａｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ

ｌｉｎｅｓ．Ｍａｋｉｎｇｆｕｌｌｕｓｅｄｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｉｔｉｓｃｈ删廿ｉｚｅｄ

ｂｙｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｌａｒｇｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｃａｐａｃｉｔｙ，ｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｓｍａｌｌｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎ，ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ，ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｅＷ．Ｔｈｅｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｉｔｓｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｃｈｉｎａｉｎｃｌｕｄｉｎｇｃｏｎｄｕｃｔｏｒ，ｆｉｔｔｉｎｇ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ａｎｄｇｉｖｅｓｏｕｔｓｏｍｅｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓｔｏｔｈｅｆｕｔｕｒｅｐｒｏｇｒｅｓｓ?

ＫＥＹＷｏＲＤＳ：ａｌｕｍｉｎ啪ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｗｉｔｈｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃ０他ｏｆｃ锄慨ｆｉｂｅｒ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌ；ｏｖｅｒｈｅａｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅ

摘要：碳纤维复合芯导线是一种全新概念的架空输电线路用导线，它充分发挥了复合材料的特长，具有强度大、载流量大、耐热性好、线膨胀系数小、重量轻、耐腐蚀性能好等特点。从导线、金具、施工以及运行４个方面介绍了碳纤维复合芯导线在国内的研究和应用情况，并对其今后的发展提出了建议。

关键词：碳纤维复合芯导线；复合材料；架空输电线路

ｄｏｉ：１０．３９６９巧．ｉｓｓｎ．１０００．７２２９．２０１０．０４．０２２

０引言

架空输电导线作为输送电力的载体，在输电线路中占有极为重要的地位。长期以来，架空导线主要使用钢芯铝绞线（ａｌｕｍｉｎｕｍｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓｔｅｅｌｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ，ＡＣＳＲ）。为安全可靠地多输送电力，各国的科技工作者不断努力寻求理想的架空输电线路用导线，以取代传统的各种导线，如：为提高防腐性能而开发的铝包钢芯铝绞线，为提高强度而开发的钢芯铝合金绞线、全铝合金绞线、铝包钢芯铝合金绞线等，为提高导线耐热性能和输送容量而开发的各种耐热铝合金导线，为降低导线弛度而开发的用殷钢芯代替普通钢芯

基金资助项目：国网公司科技项目（１０００ｋＶ淮南一上海（皖电东送）输变电工程专题研究）．

的低弛度导线等ｎ一１。

２０世纪９０年代，人们尝试用有机复合材料代替金属材料来制作导线的芯材，并已开发出几种复合材料合成芯导线。其中，碳纤维复合芯导线具有强度大、载流量大、耐热性好、线膨胀系数小、重量轻、耐腐蚀性能好等特点，是一种全新概念的架空输电线路用导线，它的诞生是架空输电导线的一场革命［４１。

本文从导线、金具、施工以及运行４个方面介绍了碳纤维复合芯导线在国内的研究和应用情况，并对其今后的发展提出了建议。

１碳纤维复合芯导线的研制单位

从２００５年开始，国内多家单位开始了碳纤维芯复合导线的研究工作，主要包括：远东电缆有限公司、中国电力科学研究院、华北电科院与河北硅谷合作开发、辽宁省电力公司与哈玻院合作开发、常州鸿泽澜线缆有限公司、航天四院４３所等。目前商业化的只有美国ＣＴＣ（ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）公司授权远东电缆有限公司开发的碳纤维芯复合导线。

国内挂网运行的碳纤维导线线路有近６０条，除了２００９年上半年建成投运的万泉一顺义ＩＩＩ线送电线路是５００ｋＶ电压等级之外，其余线路都是２２０ｋＶ及以下电压等级。万顺ＩＩＩ线工程中的１．２ｋｍ线路采用了由河北硅谷提供的碳纤维复合芯导线，其余的线路都是由远东电缆公司提供的碳纤维复合芯导线。１．１远东电缆有限公司

远东电缆有限公司从２００５年开始独家和美国ＣＴＣ合作，专业开发生产碳纤维导线（节能型复合导线）和复合电力杆塔产品。２００６年６月起在国家电网公司和南方电网公司共７个省市的５０多条输电线路挂网运行；２００７年１１月批量投产，２００８年产能达１５０００ｋｍ，２００９预计年产能为３００００ｋｍ，２０１０年计划产能达到６００００ｋｍ的工厂规模。拥有多项碳纤

第４期何州文等：国内碳纤维复合芯导线的研究和应用综述?９１?

维导线（节能型复合导线）系列专有技术和其他知识产权。远东复合技术有限公司与美国ＣＴＣ公司签定了长期合作协议书：碳纤维复合芯由美国ＣＴＣ公司生产供货给远东公司，远东公司批量进行软铝型线的生产制造和碳纤维导线整体的绞合交付，远东公司制造的碳纤维导线成品主要面向国内市场，并不断开发国际市场。图ｌ为远东复合技术公司绞制碳纤维芯

复合导线的生产线。

图１远东公司绞制碳纤维芯复合导线的生产线

Ｆｉｇ．１ＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅｆｏｒｔｗｉｓｔｉｎｇＡＣＣＣ

由于该导线核心部分——碳纤维复合芯是由ＣＴＣ公司提供，造成了该种导线价格一直处于比较高的水平，为传统导线的４＂５倍，成为在国内大面积推广应用碳纤维复合芯导线的障碍。

１．２中国电力科学研究院

中国电力科学研究院于２００８年１月开始研究碳纤维复合芯导线，主要是依托国家电网公司科技项目《碳纤维复合芯扩容导线的研制开发》进行研究。该项目于２００９年６月１２日在京完成了预验收，与会专家一致认为项目研究成果总体上达到了国际先进水平。

图２为中国电科院研制的碳纤维复合芯样品。该复合芯表面光滑，同心度较高，平均拉伸强度达到２２２８ＭＰａ，长期耐热温度为１８０℃，短时允许温度为２００℃，抗雷击试验合格，其产品已达到国内同类型先进产品的技术水平。

图２碳纤维复合芯样品

Ｆｉｇ．２Ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ

ＣＯｒｅｓａｍｐｌｅ

图３为中国电科院研制的碳纤维复合芯导线样品。该导线通过了１２个项目２５个参数的试验，其性能全部达到技术条件要求。通过试验数据分析得出

碳纤维复合芯梯形软铝扩容导线具有低弧垂特性、载流量大、自阻尼特性好等优点。

图３碳纤维复合芯导线样品

Ｆｉｇ．３Ｓａｍｐｌｅｏｆａｌｕｍｉｎｕｍｃｏｎｄｕｃｔｏｒｗｉｔｈｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏ豫ｏｆ

ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒ

图４为中国电科院研制的碳纤维复合芯导线的温度一弧垂特性曲线，试验选择的档距为５５ｍ。从图中可以看出碳纤维复合芯梯形软铝绞线温度．弧垂的拐点在６０℃左右，当温度超过拐点温度后，导线弧垂随温度的增加明显变缓。

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图４碳纤维复合芯导线的温度．弧垂特性曲线

Ｆｉｇ．４ＡＣＣＣｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ－ｓａｇｃｕｒｖｅ

中国电科院研制的碳纤维复合芯软铝梯型导线ＡＣＣＣ删二４３０／６０，于２００９年１１月１８在２２０ｋＶ金仙

线成功挂网运行。

下一步，中国电科院将进行碳纤维导线的系列化、规格化设计和试制，争取形成国内碳纤维导线型谱；同时研制型谱中典型截面和能应用于５００ｋＶ、７５０ｋＶ、ｌ０００ｋＶ工程中的碳纤维导线，为工程应用提供技术支撑。

?１．３华北电科院与河北硅谷合作开发

华北电力科学研究院与河北硅谷化工有限公司合作开发了碳纤维复合芯导线，并将该导线于２００９年１月１２日应用到了５００ｋＶ万顺ＩⅡ线４７０＿＿４７３号段，线路总长１．２ｋｍ，导线规格为ＡＣＣＣ．３００／５０，这是碳纤维复合芯导线在我国５００ｋＶ电压等级线路中的首次挂网试运行。此种碳纤维复合芯导线采用的是耐热铝合金圆线配合碳纤维复合芯，设计思想主要是参照ＧＢ／Ｔ１１７９标准的导线尺寸，将钢芯替换成碳纤维复合芯，铝绞线单丝参数不变。

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?９２?电力建设第３１卷

图５为硅谷公司生产的碳纤维复合芯导线。该导线与一般的碳纤维复合芯导线不尽相同：复合芯采用了玻纤布拉挤包覆碳纤维，而不是玻璃纤维；玻纤布层较薄，碳纤维层较厚，整个复合芯的拉伸强度大于２６００ＭＰａ：复合芯采用的Ｔ７００等级碳纤维由硅谷公司和山东大学联合开发而成，非进口碳纤维，有利于解决碳纤维导线国产化的问题，同时也能有效降低成本，但生产规模有待提高：导线导电层采用了传统的耐热铝合金圆线，而不是软铝梯形单丝。

图５硅谷公司生产的碳纤维复合芯导线

Ｆｉｇ．５ＡＣＣＣｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙＨＳＶＣ

此种碳纤维复合芯导线发挥了该导线拉伸强度大、低弧垂、重量轻等部分特性，而没有为了提高载流面积而采用梯形软铝结构。这种特点可以不改变导线尺寸，重量也有所减少，从而为增容换线改造和配套金具的设计制造提供了方便。

１．４辽宁省电力公司与哈玻院合作开发

辽宁省电力公司与哈尔滨玻璃钢研究院合作开发了碳纤维复合芯导线，哈玻院负责复合芯的研制，沈阳供电公司电缆厂生产导线。生产的导线使用温度能达到１６０℃，并已在沈阳６６ｋＶ文桃线应用。１．５常州鸿泽澜线缆有限公司

２００５年７月，江苏鸿联集团与国防科技大学签订了共同开发倍容量碳纤维复合材料芯铝绞线的合约，并于２００８年４成立了专门的公司“常州鸿泽澜线缆有限公司”。２００８年ｌＯ月，“倍容量复合材料芯铝绞线及其金具”通过了湖南省科技厅组织的、以黄伯云院士为主任委员的技术鉴定，鉴定结论为：所研制的产品主要性能达到或超过国外同类产品性能指标，满足国家相关标准要求，综合技术水平和产品性能指标达到国际先进水平。该公司在２００９年４月份建成了第ｌ条碳纤维复合芯导线生产线，预计导线造价比国外同类产品低２０％～３０％。

２碳纤维复合芯导线的配套金具

碳纤维复合芯导线由于其结构具有特殊性，常用耐张线夹和接续管不宜使用，而是采用一种利用楔型自锁原理耐张线夹和接续管，其结构是将常规压接钢管改为楔型自锁式新型耐张线夹和接续管。

在国外，美国ＣＴＣ公司、ＦＣＩ公司和日本东北电力公司均有类似产品，２种产品其结构由线夹本体、套管和楔型自锁结构３大部分组成，绞线握力主要靠楔型自锁结构的正压力产生摩擦力而达到握力要求。

目前国内生产和正在研制上述２种金具的有不少厂家，如中国电力科学研究院、华北电科院、江苏宇飞公司、南线厂、鸿泽澜公司等，其现状仍是：很多单位采用美国ＣＴＣ原版仿制，没有进行改进，缺乏在国内外输电工程运行成果和经验。中国电科院、华北电科院、宇飞公司等对金具进行了独特的改进，有效缩短了金具尺寸，并形成了自有专利。宇飞公司所研制的碳纤维导线配套金具已经在４条工程线路中成功应用，华北电科院也在５００ｋＶ万Ｊｌ［哽ＩＩＩ线中成功应用了自己研制的配套金具，中国电科院研制的配套金具于２００９年１１月１８日成功应用到２２０ｋＶ金仙线。图６为中国电科院研制的碳纤维复合芯导线配套金具。

（ａ）耐张线夹（ｂ）接续管

图６碳纤维复合芯导线配套金具

Ｆｉｇ．６ＦｉｔｔｉｎｇｆｏｒＡＣＣＣ

由于碳纤维复合导线在国内工程中，基本采用美国ＣＴＣ公司以及国内企业仿制美国ＣＴＣ公司生产的耐张线夹和接续管，其缺陷是：体积笨重、尺寸过大、制造成本高、施工极为不便。特别是接续管，由于长度过长，施工时很难通过滑车。因此，体积小而轻、制造成本低、施工方便的金具将是碳纤维导线配套金具的发展方向，中国电科院、华北电科院、宇飞公司所研制的碳纤维导线配套金具将有广阔的前景。

３碳纤维复合芯导线的放线施工

由于国外提供的及国内仿制的碳纤维复合芯导线配套金具，特别是接续管长度（１７０ｅｍ以上）及直径远远大于常规导线配套金具（８０ｃｍ以下），导致配套接续管与碳纤维导线的结合体难以顺利通过放线滑车，容易造成碳纤维复合芯导线的折断。目前碳纤维复合芯导线的施工一般采用不超过５ｋｍ一段的分段放线方式，施工中须频繁转场，大大增加施工难度及费用；在环境恶劣、地形复杂的山地施工，如果没有适合的张力场，甚至面临无法放线的问题。不能连续放线成为碳纤维复合芯导线在长距离线路（包括超高

压、特高压线路）上应用的瓶颈。

第４期何州文等：国内碳纤维复合芯导线的研究和应用综述?９３?

随着国内碳纤维导线配套金具研究进展，国内研究单位也逐步研制出了体积小而轻的碳纤维导线配套金具。另外，碳纤维复合芯导线采用软铝梯型单丝，在施工中容易部分损坏铝导体的表面。因此，在线路施工中需要注意对导线的保护，特别是在可能应用碳纤维导线的特高压工程中，导线表面质量要求更加严格。

碳纤维导线在２２０ｋＶ线路中已经积累了一定的施工经验，在５００ｋＶ线路中的施工经验不足，５００ｋＶ以上线路更是空白，需要进一步摸索并形成相应的施工导则。中国电科院已经编写完成了“碳纤维复合芯铝绞线施工工艺及验收导则”国网公司企业标准（已进入报批程序），该标准适用于５００ｋＶ及以下电压等级线路中碳纤维复合芯铝绞线的施工及验收。

４碳纤维复合芯导线的运行情况

国内碳纤维导线在２２０ｋＶ电压等级线路上，最长已经运行了３年多时间，运行状态良好，相关参数符合规范要求。

针对２００７年９月投运的葛洲坝一白家冲Ｉ、ＩＩ回２２０ｋＶ输电线路改造工程，湖北宜昌供电公司对所用到的碳纤维复合芯导线运行情况进行了总结：该线路送点投运以来，运行情况良好；在２００８年１月底２月初湖北遭受的５０年一遇的特大冰雪灾害中，线路运行正常。这充分体现了该导线具有抗舞动、抗覆冰、轻质量、高强度、弧垂小等优良特性。

碳纤维复合芯导线在５００ｌ【Ｖ万Ｊｌｌ页ＩＩＩ线上已经运行了半年时间，运行状态良好，相关参数符合规范要求。

北京超高压公司对５００ｋＶ万ＩＩ顷ＩＩＩ线线路进行了实地测量分析，得出如下结论：

（１）碳纤维复合芯导线试运行期间未发生各类机械、电气故障。

（２）更换碳纤维复合芯导线（ＡＣＣＣ．３００／５０）后，导线弧垂比同档（４７ｌ＿４７２号）原钢芯铝绞线（ＬＧＪ－４００／３５）小３－－－４ｍ，对地距离增大３～４ｍ。与对比测量的万顺ＩＩＩ线４６５－－４６６号档的钢芯铝绞线（ＬＧＪ－４００／３５）相比，弧垂优势更为显著。

（３）更换的碳纤维复合芯导线（ＡＣＣＣ一３００／５０）在约１０００ＭＷ负荷下，温度比相邻档钢芯铝绞线（ＬＧＪ－４００／３５）低０～１０℃，其中运行初期温差偏大，后期温差逐渐缩小。初步分析原因为新导线表面光亮，与老旧的钢芯铝绞线相比辐射系数和吸热系数相差较大。

（４）更换的碳纤维复合芯导线配套专用耐张线夹与相邻档普通耐张线夹温度差别不大。

（５）试运行期间，对试运行线路段地面电场强度、磁场强度、噪声、无线电干扰、铁塔倾斜及扭转等参数的测量结果均满足相关标准、规定的要求。

总体来看，碳纤维复合芯导线在２２０ｋＶ及以下线路上的应用，已经积累了一定时间和线路的运行经验，总体运行情况良好；在５００ｋＶ线路上虽然已经应用，但是运行时间较短，而且只有ｌ条线路，需要进一步观察和收集该线路的运行情况。

５结语

建议国内研究单位和生产厂家从以下方面进行进一步的工作：

（１）进一步完善碳纤维复合芯导线在国内应用的系列化、型谱化研究工作，并研制出相应的碳纤维导线，形成国内标准，为以后线路设计和导线选型提供参考依据，尽量发挥出碳纤维导线的各项优势性能。

（２）加快碳纤维导线和原材料的国产化进程，进一步降低碳纤维导线的总体造价。特别是中国电力科学院、华北电网和硅谷公司等拥有国内知识产权的单位，应该加快碳纤维导线的商品化、产业化进程，扩大生产规模。

（３）可逐步在超高压和特高压线路上尝试碳纤维导线的挂网试运行，进一步积累相应的施工经验和运行参数，并尽快形成与之相应的施工导则。

６参考文献

【ｌ】尤传永．耐热铝合金导线的耐热机理及其在输电线路中的应用【Ｊ】．电力建设，２００３，２４（８）：知８．

【２】尤传永．架卒输电线路新型复合材料合成导线的开发研究啊．电力建设，２００４，２５（ｉｌ）：Ｉ－６．

【３】黄伟中，叶鸿声．耐热铝合金导线在５００ｋＶ交流输电线路中的应用【Ｃ】．国家电网公司电网建设新技术论坛论文集，北京，２００５．【４】尤传永．增容导线在架空输电线路上的应用研究ｍ．电力设备，２００６?７（１０）：Ｉ－２．

【５】黄礼平，张颖璐，李金福．碳纤维复合芯导线输送能力的试验和运行分析阴．电力建设，２００８，２９（１２）：４４．４７．

收稿日期：２００９．１０．２８修回日期：２０ｌＯ－０１．２８

作者简介：

何州文（１９８２一），男，硕士。工程师，主要从事输变电工程用复合材料研究，Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｅｚｗ＠ｅｐｒｉ．ｓｇｃｃ．ｃ吣．∞；

陈新（１９７３一），男，博士，高级工程师，主要从事电网新材料方向研究；

王秋玲（１９７５一），女，硕士，工程师，主要从事电网用无机非金属材料研究；

张卓（１９７２一），男，博士。高级工程师，主要从事输变电工程用复合材料研究。

（责任编辑：魏希辉）

碳纤维产业现状及发展前景

碳纤维：从“无”到“有”到“好” 随着国家政策扶持力度的不断增大及市场需求的日益增长，我国碳纤维出现了前所未有的产业化建设热潮，国产碳纤维技术和产业化水平显著提高。特别是最近十年，在国家科技与产业计划的支持下，高性能碳纤维及其复合材料在关键技术、装备及应用等方面取得了突破性进展，初步建立起国产碳纤维制备技术研发、工程实践和产业化建设的较完整体系，技术发展速度明显加快，产品质量不断提高，有效缓解了国防建设重大工程对国产高性能碳纤维的迫切需求。 目前，国内大小碳纤维生产企业近40家，其中，拥有千吨以上规模生产线的企业4家，拥有五百吨级生产线的企业5家。国产碳纤维总产能达到1.96万吨。主要产品为12K及以下规格小丝束PAN基碳纤维，其中，T300级碳纤维性能达到国际水平，已进入产业化发展阶段，并在航空航天领域得到了应用；T700级碳纤维已建成千吨级生产线，产品进入应用考核阶段，低成本干喷湿纺T700级碳纤维已经实现规模化生产；T800级碳纤维吨级线建成并已实现批量生产。但高模、高模高强碳纤维的工程化制备技术及更高等级碳纤维的制备关键技术还有待攻关。 总体上讲，目前我国碳纤维产业整体发展水平仍与国外存在较大差距。主要表现在碳纤维原丝生产工艺路线单一、纺丝速度慢、效率低；生产线规模小，产能分散，低端产品产能过剩但生产线开工率低，年产量不足产能的20%；产品品种规格单一、性能稳定性不高、同质化现象严重、成本居高不下；生产装备自主设计制造能力不足、对生产工艺的适应性差；油剂、上浆剂等原辅料开发不配套；下游应用技术发展与碳纤维技术不匹配，下游应用市场对碳纤维产业发展牵引力不足等。特别是，由于低成本、稳定化、规模化生产技术的欠缺，绝大多数碳纤维产品的成本与市场售价倒挂，我国碳纤维企业面临着国内企业间恶性竞争和国外企业恶意压价的内忧外患，生存状况不容乐观。 而目前，国际碳纤维产业及下游应用市场均呈现欣欣向荣的繁荣景象，一方面国际碳纤维应用市场继续以6-8%的增速不断扩大，应用领域进一步拓展；另一方面，全球各大碳纤维制造商已陆续宣布了大幅扩产计划，市场竞争空前激烈。 面对国际碳纤维产业如此明确的发展信号，“十三五”期间，我国碳纤维产

碳纤维复合芯导线自主研发及施工技

碳纤维复合芯导线自主研发及 施工技术研究 1前言中国土地资源有限，输电走廊的选择受到制约，提高单位走廊传输功率的需求日益迫切，对于输电能力取决于导线热稳定性的架空输电线路，更换高性能导线能够显著提高线路输送能力；近年来，随着大风、覆冰等恶劣气候的增多和加剧，导线风偏、舞动引发的线路故障频繁发生，严重影响电网安全稳定运行，更换低弧垂、高强度导线可有效抑制相地、相间放电及导线损伤。碳纤维复合芯导线因具有重量轻、高强度、高弹性模量、低线胀系数、耐高温、耐疲劳、耐腐蚀等技术优势，既能够用于提高输送能力，又可有效提高线路安全运行水平，将成为最具发展潜力的新型导线品种，国家电网公司于2006 年将其列入重点推广技术目录。 碳纤维导线的核心是高性能碳纤维材料，我国T700及以上高性能碳纤维基本依赖进口，国家科 技部将T-700碳纤维攻关列入十五、十一五规划。目前仅有美国、日本等少数发达国家掌握碳纤维及碳纤维导线技术，国内仅有与国外合作生产碳纤维导线的形式，但原材料及配方、工艺等核心技术完全掌握于外方，不具备自主知识产权。发达国家垄断高性能碳纤维及碳纤维导线核心技术与价格的局面已成为制约国内发展、应用碳纤维复合芯导线的瓶颈。 此外，不能连续张力放线是长久以来制约碳纤维导线应用的瓶颈。如不能有效解决，碳纤维导线将难以广泛推广应用。 2碳纤维复合芯导线研发华北电网面对碳纤维复合芯导线的发展机遇与挑战，提出在国内高性能碳纤维实验室研究取得重大突破后，实施第一个具有完全国内自主知识产权的碳纤维复合芯导线的研发与应用。 碳纤维复合芯导线的生产过程主要包括以下三部分：①碳纤维原丝及碳纤维丝的制备。②碳纤维复合芯的生产。③碳纤维复合芯铝绞线的生产。 2.1 碳纤维丝研发碳纤维复合芯铝绞线的核心是高强度碳纤维丝。碳纤维丝的强度、等级越高，则相同规格导线的芯径越小，重量越轻，导线的卷绕性能、施工性能越佳。目前，华北电网研发的碳纤维复合芯导线采用T-700型碳纤维丝。 经过数十年研发，国内研究单位近年来认识到硝酸一步法制备碳纤维原丝的传统技术路线是错误的，在实验室实现了T700型碳纤维的成功试制，并在与华北电科院有长期技术合作关系的河北硅谷化工有限公司建设国内第一条T-700碳纤维原丝的工业化生产线。 碳纤维丝的生产包括两步：①制备碳纤维原丝；②碳纤维原丝经预氧化、炭化处理形成碳纤维 丝。原丝生产中的30多个参数、60多个影响因素以及碳纤维生产中的20多个参数、50多个影响因素将影响、决定最终的碳纤维性能。

碳纤维复合芯架空导线施工工艺及验收导则范本

附件2 碳纤维复合芯架空导线施工工艺 及验收导则（试行）

目次 1 范围 (3) 2 规范性引用文件 (3) 3 术语和定义 (3) 4 总则 (4) 5 施工预备 (5) 6 张力放线 (8) 7 连接 (8) 8 紧线 (11) 9 附件安装 (11) 10 验收 (12) 附录A （规范性附录）碳纤维复合芯导线施工机具技术条件 (13) 附录B （规范性附录）装配式牵引器安装 (18) 附录C （规范性附录）接续管爱护装置安装 (20) 附录D （规范性附录）网套连接器安装 (22) 附录E （规范性附录）接续管连接 (24) 附录F （资料性附录）直线外压接管液压施工检查及评级记录表. 27附录G （规范性附录）耐张线夹连接 (28) 附录H （资料性附录）耐张线夹联结套液压施工检查及评级记录表31

编制讲明 (32)

碳纤维复合芯架空导线施工工艺及验收导则（试行） 1 范围 本导则规定了架空输电线路碳纤维复合芯架空导线的施工工艺及验收标准。 本导则适用于架空输电线路用铝导体标称截面积不大于710mm2的碳纤维复合芯架空导线在新建和改建工程的施工及验收。 2 规范性引用文件 下列文件关于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB 50233 110kV～750kV架空输电线路施工及验收规范 GB/T 2317.1 电力金具机械试验方法 GB/T 2314 电力金具通用技术条件 GB/T 15632 带电作业用提线工具通用技术条件 DL 5009.2 电力建设安全工作规程第2 部分：架空电力线路 DL/T371 架空输电线路放线滑车 DL/T 1109 输电线路张力架线用张力机通用技术条件 DL T 875 架空输电线路施工机具差不多技术要求

碳纤维复合芯导线在电力传输线路上应用的意义

碳纤维复合芯导线在电力传输线路上应用的意义 摘要: 笔者分析了当前输电线路用导线的发展状况、趋势和特点, 重点阐述了新型碳纤维复合导线的特点, 以及广阔的市场前景, 建议尽快在输电线路特别是高压输 电线路中推广使用。 关键词: 碳纤维复合导线;特性；应用 1 碳纤维复合芯导线的应用现状 复合导线是使用在输电线路增容中的特种导线（如图1所示）,它是针对在相 同导体截面的情况下,相对于传统钢芯铝绞线 ACSR(AluminumConductorSteelReinforecd)能传递更多电能的若干种类导线的总称。行业内也有将其俗称为“倍容量导线”或“高温导线”。目前,增容导线包括耐热铝合 金导线(TAC-SR)、殷钢芯耐热铝合金导线(ZTACSR)、间隙型钢芯耐热铝合金(GTACSR)、铝基陶瓷纤维铝绞线ACCR(AlaminumConductorCompositeRe-inforced)、碳纤维芯复合材料合成芯软铝导线(JRLX/T)等种类。在电力工业发展史上,作为输 电线路输送电能的主要载体,传统钢芯铝绞线占据统治地位的历史已有一个多世纪。随着电力需求的增长和材料科学技术的不断进步,各种增容导线应运而生。碳纤维 复合芯软铝绞导线是特高强度碳纤维合成的芯棒替代传统的钢芯和钢绞线,外层铝 采用拱形软铝绞合而成。2002年,美国CTC开发了先期复合芯T型绞线并在美国 几条线路上试用,美国在2004年开始挂网商业运行。碳纤维复合导线已在我国深圳、辽阳、神州、无锡、常州、厦门、南平、盘锦、抚顺等地挂网运行,到目前未 发生过如通用导线已发生的驰度明显下降、导线发热、断股、断线等任何异常现象,其耐张线夹和接续管也运行正常。 图1 碳纤维复合导线 碳纤维复合芯导线具有500kV级以上输电线路运行能力,抗拉强度较高,单位长度重量较轻的特点,使得应用该种导线的线路能够降低杆塔间的导线垂弧度,可提 高线路运行的安全性和可靠性。同时,可减少输电线路中支撑杆塔数量,减少工程 占地,节约土地资源,降低工程建造成本。碳纤维复合芯导线相对于传统导线,在相 同外径尺寸下,增加了导电截面,增大了线路的输送容量,能较好地满足目前国内对 输电线路提出的增容的要求。且新型碳纤维复合芯导线相对于传统导线,提高了导 体的导电率,在长距离输电线路上应用,能起到较好的节能效果。由于碳纤维材料 替代传统的铜芯作为加强件,该导线具有更好的耐腐蚀性能,可提高导线的运行寿命。 2 碳纤维复合芯导线的特点简介 碳纤维复合材料的比重为钢的1/4，强度为钢的2倍，线膨胀系数为钢的 1/10。由于其优异的力学特性和热稳定性，首先应用于军事领域的航天、航空器 和武器减重;随后用于民用飞机、竞技体育的器材。随着碳纤维大规模生产技术的 解决，价格的下降，碳纤维复合材料开始进入工业和生活领域。长期以来，架空 输电线路导线主要采用钢芯铝绞线以及相关产品，电力工业的飞速发展对架空输 电线路导线提出了更高的要求，促使各国科技人员研究开发各种新型导线。在20 世纪90年代末，人们开始尝试用复合材料代替金属材料来制作导线的芯材，改 善导线的弧垂特性，以提高线路输送容量。碳纤维复合芯导线的型号为 JRLX/T(J—架空导线，RL—软铝，X—形线，T—碳纤维复合材料)，规格用软铝型线 标称截面和复合芯标称截面表示;国际上的通用型号为

ACCC碳纤维复合芯导线

ACCC碳纤维复合芯导线 ACCC碳纤维复合导线是目前全世界电力输变电系统理想的取代传统的钢芯铝铰导线、铝包钢导线、铝合金导线及进口殷刚导线的新产品，ACCC碳纤维复合导线与传统导线相比具有重量轻、强度大、低线损、弛度小、耐高温、耐腐蚀、与环境亲和等优点，实现了电力传输的节能、环保与安全。 ACCC碳纤维复合芯导线系列主要优点是： 1.强度为普通导线的2倍。普通钢丝的抗拉强度为1240Mpa-1410Mpa，而AC CC导线的碳纤维混合固化芯棒，是前者的两倍。 2.导电率高，节能6%。由于ACCC导线不存在钢丝材料引起的磁损和热效应，而且在输送相同负荷的条件下，具有更低的运行温度，可以减少输电损失约6%。 3.低弧垂，降低2倍以上垂度。ACCC导线与ACSR导线相比具有显著的低弛度特性，在高温条件下弧垂不到钢芯铝绞线的1/2，能有效减少架空线的绝缘空间走廊，提高了导线运行的安全性和可靠性。 4.重量轻10-20%。碳纤维复合芯导线的比重约为钢的1/4，在相同的外径下,A CCC的铝截面积为常规ACSR导线的1.29倍。ACCC导线单位长度重量比常规AC SR导线轻10-20%，显示了ACCC导线重量轻的优点。 5、耐腐蚀，使用寿命高于普通导线的2倍。碳纤维复合材料与环境亲和，同时避免了导体在通电时铝线与镀锌钢线之间的电化腐蚀问题，有效地延缓导线的老化，使用寿命高于普通导线的2倍。 6、同样容量线路投资成本低于普通导线。由于ACCC碳纤维复合导线倍容量运行，而且抗拉强度高、弛度小、重量轻等特点，可使杆、塔之间的跨距增大，高度降低，同样容量线路成本比普通导线低。 7、节约一半铝材的消耗。按每年电力电路200万吨铝用量计算，能节约铝材近100万吨。从保护环境、改善人类生态环境方面来说，具有划时代的意义

碳纤维复合材料芯导线在新建与改造线路应用技术经济分析

碳纤维复合材料芯导线 在新建与改造线路应用技术经济分析[摘要]碳纤维复合材料芯导线的出现为线路增容和减少输电走廊等问题的解决提供了一种途径。本文分析了其优点并调研了其在国内外的科研、应用情况。本文结合我国220kV改造线路和500kV新建线路的典型参数，计算分析了应用碳纤维复合材料芯导线的技术经济性，从结果可见碳纤维复合材料芯导线的应用从技术上讲是可行的，从经济上讲是合理的。 [关键词] 碳纤维复合材料芯导线，500kV新建线路，220kV改造线路，技术经济比较； 1.前言 随着我国经济的快速发展，电力需求不断增长，电力负荷不断增加。在土地资源日益稀缺、用电需求持续增长的情况下，如何使输电走廊尽可能少地占用土地资源，又能提高电网的输电能力，已经成为日益重要、亟待解决的难题，提高新建线路的单位输送容量和实施现有线路的扩容改造是两条有效的途径。 相比于同规格的钢芯铝绞线，碳纤维复合材料芯导线具有质量轻、抗拉强度大、线膨胀系数小、弧垂小、载流量大、耐高温、耐腐蚀等特点。[1]碳纤维复合材料芯导线的共同特点是芯主要由碳纤维和热硬化性树脂构成。碳纤维是由含碳量较高且在热处理过程中不熔融的人造化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的特种纤维。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀等，同时沿纤维轴方向表现出很高的强度，具有很高的比强度。碳纤维增强环氧树脂复合材料比重

小、刚性好、强度高，其比强度、比模量等综合指标在现有结构材料中是最高的，能够满足输电导线在强度、刚度、重量、疲劳特性等方面的严格要求。 [2]碳纤维复合材料芯导线技术的工程应用推广，符合国家电网公司推动“两型三新”线路建设的精神，不仅对于提高输电线路的输送容量和电网的安全可靠性，以及降低架空输配电工程总造价具有非常重要的意义;还将促进新技术、新工艺、新材料的研究;也势必推动国内相关产业的技术升级与进步。 碳纤维复合材料芯导线能否在新建线路和扩容改造工程中应用，不仅要在技术上可行还要在经济上合理，因此要结合具体的工程进行技术经济比较。 2 国内外研究和应用现状 2.1 日本的概况 20世纪90年代，日本昭和电线电缆株式会社、东京制纲株式会社和东北电力株式会社共同开发了一种称为ACFR(碳纤维芯铝绞线)的低驰度导线，主要用于解决既有架空输电线路导线弧垂过大、对地净距不足的问题。其基本思想是用相同直径的碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP)代替一般钢芯铝绞线(ACSR)中的钢芯，结构和外观如图2-1所示。复合材料芯的质量是常规钢芯的约1/5，线膨胀系数约为1/12。试验证明，这种新型复合材料芯导线的抗拉强度远远超过了ACSR，在常温下的应力——伸长特性呈现弹性体，没有塑性变性，断裂时的伸长量比钢绞线小，约为1.6%。耐热性基本与ACSR相同。ACFR在提高导线强度、降低导线重量和驰度方面具有突出的优点，其迁移点温度约为70℃，运行温度达150℃，重量比相同直径的ACSR导线轻30%。当导电体采用耐热铝时，可以得到耐热性能更好的TACFR导线，在降低导线驰度的同时，提高导线的载流量[3]。ACFR是ACSR 一对一的材料替换，导线外形、结构构造形式和尺寸与传统导线完全一样。

碳纤维导线的特性及应用

碳纤维复合芯导线的特性及应用 魏国彬 (华晋焦煤公司山西吕梁 033000） 摘要：主要论述了碳纤维导线的特性及在老线路改造工程中的应用。 关键词：碳纤维导线特性线路增容、 ACCC/TW Properties and Applications of Aluminum Conductor Composite Core Wei Guo-bin (Huajin Coking Coal Co.,Ltd.,Luliang 033000,Shanxi Province,China) Abstract: This paper discusses the characteristics of Aluminum Conductor Composite Core and the transformation of the old-line engineering Keywords: Aluminum Conductor Composite Core Features Line-compatibilizing ACCC/TW 0．引言 长期以来，架空输电线路导线主要采用钢芯铝绞线以及相关产品，电力工业的飞速发展对架空输电线路导线提出了更高的要求，促使各国科技人员研发各种新型导线。上世纪90年代末，人们开始尝试用复合材料代替金属材料来制作导线的承载部件，改善导线的弧垂特性，采用软铝型线代替硬铝圆单丝，提高填充率和导电率，以达到提高线路输送容量的目的。远东控股集团于2002年开始跟踪和研究导线领域这一新发展，并于2006年成功专门从事复合芯软铝绞线的研发、生产和销售，经过近几年的产品质量提升及市场化。碳纤维复合芯导线在电力行业中得到了广泛的应用。 碳纤维复合芯软铝绞线的型号为JRLX/T(J-架空导线，RL-软铝，X-型线，T-碳纤维复合材料)，规格用软铝型线标称截面和复合芯标称截面表示；国际上的通用型号为ACCC/TW （Aluminum Conductor Composite Core/Trapezoidal wire）。 碳纤维复合芯导线由于复合芯的强度足够高，不再需要铝承担受力作用，导电的铝就可以采用退火状态的软铝，软铝的截面设计成瓦型，可大幅减少导线的外径。 随着我国各行业电力需求的不断增长，部分老旧输电线路输送能力不足，面临增容改造的压力。线路改造中，投资最大的项目是杆塔的更换，最棘手的问题是村民的土地问题，一种新型的导线“碳纤维复合芯导线”的产生，使老线路在不更换杆塔的前提下达到增容的目的。从节能、降低成本、增加输送容量、提高电网安全运行等方面综合看，推广应用具有很大的经济和社会效益。有助于构造安全，经济，环保，高效输电网络。 1.碳纤维导线的结构 碳纤维导线ACCC/TW的结构独特，内部是一根由碳纤维为中心层和玻璃纤维包覆制成的复合芯，外层由一系列呈梯形截面的软铝线绞合而成。碳纤维复核芯承担导线总的力学性能，具有强度高、密度小、膨胀系数小、耐腐蚀等特点。外层软铝具有导电率高、电阻小、自阻尼性能强的特点。碳纤维复合芯与软铝线绞制而成的导线，便具有优良的性能：导线重量轻，电阻小，表面光滑不易舞动，拉力质量比大，弧垂随温度的变化小等。因此，可作为电力部门老旧线路改造、电力增容导线使用。其结构如图1-1所示。 外层软铝 碳纤维复核芯

碳纤维国内技术和生产现状简介

碳纤维国内技术和生产 现状简介 文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-

国内碳纤维技术及生产现状 我国从20世纪60年代后期开始研制碳纤维，历经近40年的漫长历程。在此期间，由于国外把碳纤维生产技术列入禁运之列，严格控制封锁，制约了我国碳纤维工业的发展。我国科技工作者发扬自力更生的精神，从无到有，逐步建成了碳纤维的工业雏型。20世纪70年代初突破连续化工艺，1976年在中科院山西煤炭化学研究所建成我国第一条PAN基碳纤维扩大试验生产线，当时生产能力为2t/a。20世纪80年代开展了高强型碳纤维的研究，于1998年建成一条新的中试生产线，规模为40t/a。我国主要研究单位有中科院山西煤化所、上海合纤所、北京化工大学、山东工业大学、东华大学、安徽大学、浙江大学、长春工业大学等。 我国目前使用碳纤维量约占世界用量的1/5。巨大的市场潜力，供不应求的局面，必然促进我国碳纤维工业的发展。但是，要想进入竞争的市场，一是要保证产品的质量，二是要求价位相当。针对我国碳纤维工业的现状，需首先解决高性能PAN原丝的质量，在这基础上才有可能产业化，这是进市场的前提；同时，还需进行预氧化，碳化，石墨化设备及表面处理装置的工程化开发，使其形成规模化生产能力，才能在保证质量的基础上降低成本。目前，内内研究开发以及生产碳纤维的呼声很高，发展趋势令人鼓舞。 但由于对我国碳纤维产业发展的建议目前我国高性能碳纤维无论在质量上还是数量上与国外相比还有一定差距，远远满足不了需求。为此，尽快研究和发展我国自己的高性能碳纤维材料已迫在眉睫。碳纤维是一门多学科交叉、多技术集成的系统工程，质量的提升涉及到方方面面。以下几个方面应优先考虑。 1、提高PAN原丝质量 PAN原丝不仅影响碳纤维的质量，而且影响其产量和生产成本。换言之，只有高质量的原丝才能生产出高性能碳纤维，才能稳定生产，提高产量，降低成本。对于现代碳纤维

《碳纤维复合芯导线的应用研究》报告

《碳纤维复合芯导线的应用研究》报告 1 项目概述和技术原理 1.1 项目背景 针对目前电网中部分输电线路输送能力不足、部分老旧线路技术改造困难的情况下，为有效利用目前电网的输电线路，考虑应用新型碳纤维复合芯导线，提高电网的输送能力。 1.2 国内外技术现状 我国是个缺电的国家，输电线路已不堪承受传输容量快速扩容的需求，由于过负荷造成的停电、断电故障频频发生，电力传输成为电力工业发展的“瓶颈”，各国均在研究新型架空输电路用导线，以取代传统的钢芯铝绞线。 目前世界上只有美国、日本、韩国开发出新型殷钢芯倍容量导线和新型合成导线，国内的产品研制和应用开始起步。碳纤维合成芯导线在国外的应用不长，美国CTC公司生产的ACCC碳纤维合成导线于2004年8月开始试用和运行，国内运行经验还较少。 1.3 项目主要研究内容 结合常州电网现状，分析一些老线路的公司技改、基建和业扩工程，选择在现有导线截面小且需增容的线路上试用新型碳纤维合成芯导线，在不改变现有路径、通道的情况下，既要大幅度提高线路输送容量，又要确保线路的安全运行。同时进行相关经济比较，用较少的投资取得理想的效益。 从节能、降低成本、增加输送容量、提高电网安全运行等方面综合看，推广应用具有很大的经济和社会效益。有助于构造安全、环保、高效节约型输电网络。 1.4 项目技术原理 碳纤维复合芯导线(ACCC)，采用高性能碳纤维复合材料作为导线芯材，具有强度高、重量轻、膨胀系数小、耐腐蚀和耐高温等特点。 (1)强度高。用碳纤维复合芯替代传统的钢芯，抗拉强度是一般钢丝的1.9倍，允许提高杆塔间的跨距，以降低工程成本。 (2)线膨胀系数小，弧垂小。复合材料芯线膨胀系数仅为钢芯的1/8。在相同的实验条件下，随着温度的上升，导线弧垂变化量仅为常规钢芯铝绞线的9.6%，高温下弧垂增量不到钢芯铝绞线的1/10，减少架空线交跨距离。

碳纤维的发展与现状

人员分工情况 资料收集：蔡煜简江婷婷宋爽韵周晓楠张领中英文摘要：蔡煜张领周晓楠 内容编写：发展部分简江婷婷宋爽韵 现状与差距部分蔡煜张领周晓楠排版校对：简江婷婷宋爽韵 宋爽韵 20110815023 简江婷婷 20110815036 蔡煜 20110815045 周晓楠 20110815047 张领 20110815050

碳纤维的发展与现状 学生：蔡煜简江婷婷宋爽韵周晓楠张领指导老师：秦文峰 摘要:简要介绍了碳纤维的性能、发展历史以及在航空航天领域中的应用，同时分析了国内外碳纤维的发展差距，给出了对我国碳纤维发展的建议。 关键词：碳纤维;碳纤维复合材料;应用领域;发展差距;发展建议 Abstract：The brief introduction of the performance and development history and application in the aviation&aerospace field of carbon fiber ,the analysis of the development gap of carbon fiber between home and abroad ,the advises of carbon fiber’s development to our country are given in this paper. Key words：carbon fiber;carbon fiber composites;application territory; development gap;development advises

碳纤维复合芯导线的研究和应用

碳纤维复合芯导线的研究和应用 导线作为输电线路最主要的部件之一，承担着线路最主要的电能传输功能。目前电力需求不断增长，电网中部分老旧线路导线线径过细、输送能力不足，需要更换导线进行线路增容改造。为有效利用现有杆塔等设施，大幅度提高输送容量，减少输送中电力的损耗，应用碳纤维导线，来提高电网的输送能力，同时可以减少土地资源、有色金属资源等消耗，避免更换杆塔带来的民事协调和占地补偿，节约建设和运行总成本。 根据国网公司提出的输电线路“两型三新”要求，即“资源节约型、环境友好型、新材料、新技术、新工艺”，采用新型导线、节能金具等新材料，有利于统一建设标准和规范材料选择、降低钢材耗量和工程造价、提高输电线路建设效率和效益。碳纤维导线就是一种新型导线，可以满足输电线路节能环保、减少走廊占地、提高输送容量、降低建设运行总成本的要求。近年来，在多条线路改造中尝试使用碳纤维导线，从线路后期运行看，均达到了理想的效果。 一碳纤维导线与常规导线对比 碳纤维导线与常规钢芯铝绞线相比，具有重量轻、强度大、热膨胀系数小、导电率高、线损低、载流量大、耐腐蚀性能好等优点。 碳纤维导线截面钢芯铝绞线截面

碳纤维导线是一种新型导线，内部 是一根由碳纤维为中心层和玻璃纤维包 覆制成的复合芯，外层由一系列呈梯形 截面的软铝线绞合而成。碳纤维导线在 机械性能和电气性能方面均优于钢芯铝 绞线。 使用碳纤维替代钢芯可以大量减少钢材等有色金属资源消耗，有利于实现生态环境的可持续发展。而且碳纤维导线比普通钢芯铝绞线线损低，降低了电能在传输过程中的损耗，减少了资源消耗和能源损失，属于节能环保型导线。 二碳纤维导线的应用 由于碳纤维导线价格过高，新架线路中应用造价优势不明显，故碳纤维导线主要应用在35kV及以上线路增容改造中。线路增容通常采取异地重建或者在原线路上更换大线径导线，在无新建通道、原线路又不能长时间停电改造的条件限制下，利用原线路通道和现有杆塔，选择合适的轻质大容量导线，确保安全可靠。 在输电线路工程中，走廊占地以及后期的维护、改造临时占地问题，一直是困扰着电力行业的难题。电力法权威性差，当出现与林业法、道路交通法等相关法律法规冲突的时候，往往是电力法让位。而且随着老百姓维权意识的逐年提高和获取赔偿经验的逐年丰富，使得协调工作难度逐年加大、赔偿费用逐年攀升。而在线路增容改造中使用碳纤维导线，可利用原有杆塔结构，还有线路走廊等资源，可大幅节省改造成本和协调赔偿。所以碳纤维导线在线路增容改造中的应用前景良好。 对于现有老旧线路增容改造，只需要把原线路上的钢芯铝绞线更换成铝截面基本相同的碳纤维导线，即可达到增容60-100%、缩短建设周期、提高安全系数、节约造价的目的。其次，在线路运行维护方面，尤其是线路高峰负荷期间的运行，碳纤维导线弧垂变化较小、允许工作温度高、载流量大的特点，比钢芯铝绞线具有明显的优势。 碳纤维导线的构造与钢芯铝绞线类似，但其机械性能和电气性能与钢芯铝绞线有差别。碳纤维导线梯形软铝层光滑易划伤、碳纤维复合芯抗弯曲性能差，所使用工器具要求与钢芯铝绞线有很大差别。需要厂家对施工

碳纤维发展现状及其发展趋势

碳纤维发展现状及其发展趋势 0 引言 高性能纤维是指耐热好、质量轻、强度高、高模量的特种纤维材料。作为高性能纤维的一种,碳纤维既有碳材料的固有本征,又兼备纺织纤维的柔软可加工性,是新一代军民两用新材料,已广泛用于航空航天、交通、体育与休闲用品、医疗、机械、纺织等各领域。 碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上。它是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得。碳纤维具有 十分优异的力学性能，是目前已大量生产的高性能 纤维中具有最高的比强度和最高的比模量的纤维，特 别是在2000℃以上的高温惰性环境中，碳材料是唯 一强度不下降的物质，是其他主要结构材料（金属及 其合金）所无法比拟的。除了优异的力学性能外， 碳纤维还兼具其他多种优良性能，如低密度、耐高 温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、 电及热传导性高、热膨胀系数低、光穿透性高，非磁 体但有电磁屏蔽性等。 作为高性能纤维的一种，碳纤维既有碳材料的固有特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是先进复合材料最重要的增强材料，已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用，从航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。因此，碳纤维被认为是高科技领域中新型工业材料的典型代表，为世人所瞩目。碳纤维产业在发达国家支柱产业升级乃至国民经济整体素质提高方面，发挥着非常重要的作用，对我国产业结构的调整和传统材料的更新换代也有重要意义，对国防军工和国民经济有举足轻重的影响。 1国内外碳纤维的发展现状1.1 国外碳纤维的发展现状 碳纤维的起源可追溯到19世纪后期，美国人爱迪生（Edson）用碳丝制作灯泡的灯丝，从而发明了电灯，给人类社会带来了光明。但是在20世纪初期，美国通用电器公司的库里基（Coolidge）发明了用钨丝取代碳丝作为灯丝，并

第4章碳纤维复合芯导线机械性能试验

第 4 章碳纤维复合芯导线机械性能试验 4.1 碳纤维复合芯导线做的试验及数据 4.1.1 碳纤维复合芯铝合金绞线握力试验 碳纤维复合芯导线与配套的耐张线夹连接成组合体试样共 3组,且耐张线夹之间导线的长度 L 不小于导线直径的 100 倍,将试样安装在 100t 电液伺服卧式拉力机上,当施加的初张力达到导线计算拉断力的 17%-18%时,在耐张线夹出口处的导线上作滑移标识, 然后按 GB/T2317.1-2000《电力金具机械试验方法》7.1款的要求进行握着力试验,试验连接方式如图所示，将试样装于夹具之上，用100t 拉力试验机进行拉断力试验，当做高温拉力试验时，可以用升流器对导线进行升温。 （1）常温握力试验： 导线与压接式金具的常温握力为 169kN，比计算拉断力高 41%。 （2）高温握力试验： 导线与压接式金具的 120℃握力为 152kN，比计算拉断力高 27%；比常温握力降低 10%(试验过程：初始张力 5 kN，保持 20min；然后加热至 120℃，到120℃后将导线张力提高至 60 kN；4 小时后对导线进行拉断力试验)。试验布置如图 4-1 所示： 图 4-1 碳纤维复合芯导线握力试验 4.1.2 碳纤维复合芯铝合金绞线高温拉力试验 (1) 高温拉断力 铝合金导线 ACCC/LH-240/35 和软铝导线 ACCC/LR-240/35 所用复合芯的常温抗张强度为 2800MPa；铝合金导线 ACCC/LH-300/50 所用复合芯 150℃的抗张强度为 2656MPa。因此，该碳纤维复合芯由常温(按 30℃计)升高至 150℃时，抗张强度下降幅度仅为 5.2%。 一般技术产品的复合芯 160℃抗张强度仅为 1400MPa。按其产品经验数据：每升高 1℃，抗张强度下降 10MPa 计算，复合芯 150℃抗张强度约为 1500MPa，30℃抗张强度约为 2700MPa。因此，国外技术产品的复合芯由常温(按 30℃计)升高至 150℃时，抗张强度下降幅度大于 40%。 碳纤维复合芯导线的重要优势之一是能够提高线路输送能力，而提高输送能力的关键是允许导线高温运行，即要求导线在高温运行时保持较高的机械强度，因此高温拉断力是碳纤维导线的最重要指标之一。上述数据表明：在关键性的高温拉断力指标上，该碳纤维复合芯导线完全满足挂网运行要求。碳纤维复合芯导线拉断力试验如图 4-3 所示：

碳纤维及其复合材料产业现状及发展趋势

国内外碳纤维及其复合材料产业现状及发展趋势 自上世纪60年代碳纤维首次商业化以来，产业规模不断扩大，产品品质不断提高，2014年全球碳纤维产能（365天连续生产12K/24K 碳纤维丝束计算）已达到12.6万吨。尽管碳纤维与传统的玻璃纤维在价格上仍不能相比，但高性能碳纤维以其高比强度、高模量、可设计、防腐蚀和抗疲劳等突出特点，具有玻璃纤维所不能比拟的优势，已成为发展先进武器装备的关键材料，并在航空航天、国防军工、风能产业、土木工程、体育休闲等领域得到了广泛应用。 当前，国际复合材料产业呈现蓬勃发展态势，据估计，未来5年，先进复合材料将以每年5%的增速发展，而随着民用航空、汽车工业等领域的快速发展，全球高性能碳纤维需求量的年增幅可达10%，亚太地区将会有更高的增长率，即碳纤维及其复合材料产业将面临前所未有的发展空间和机遇。 因此，在目前碳纤维产业快速发展的关键时期，我们更应该认清国际碳纤维产业的发展形势、对照国外先进企业找差距找问题，通过理性思考寻求解决途径，适时把握发展机遇，落实行动、注重实效，努力推进国内碳纤维及其复合材料产业的健康快速发展。 1、国外碳纤维产业现状及发展趋势 1）产业方面 根据前躯体原料的不同，碳纤维可分为聚丙烯腈（PAN）基、沥青基和粘胶基碳纤维等。由于粘胶基碳纤维在制备过程中会释放出毒

性物质二硫化碳，且工艺流程长、生产成本高、整体性能不高，因此目前，国际碳纤维产业领域，前两种碳纤维获得了更大规模的生产和应用。其中，PAN基碳纤维又占据绝对优势，国际市场占有率超过90%。PAN基碳纤维的九大生产商包括：日本东丽、东邦、三菱丽阳、美国赫氏（Hexcel）、氰特（Cytec）、卓尔泰克（Zoltek，已被东丽收购）、台塑、土耳其阿克萨（AKSA）和德国西格里（SGL）。沥青基碳纤维的生产和应用居其次，主要生产企业三家，分别是Cytec、三菱塑料和日本碳素纤维。 PAN基碳纤维分为小丝束（1-24K）和大丝束（36K及以上）两类。全球小丝束碳纤维市场主要被日本东丽、东邦、三菱丽阳三家公司所垄断，而来自中国、土耳其和韩国的企业，正不断扩充小丝束的全球产能，同时也降低了三家日本公司的市场份额。 大丝束碳纤维生产商主要有Zoltek、SGL和三菱丽阳三家。另外，中国国企蓝星集团英国分公司拥有大丝束碳纤维原丝的供应能力，Cytec于2014年与德国腈纶企业合作开展低成本大丝束碳纤维的研制开发。预计在未来10年中，其它制造商也会陆续加入大丝束碳纤维生产领域。 为满足高速发展的航空航天与汽车市场对碳纤维的需要，几乎所有的碳纤维巨头都宣布了扩产计划。例如，日本东丽拥有以日本本土为核心的日美法韩4个生产基地，目前已形成11000～12000吨/年的T700S和4500吨/年的T800碳纤维生产能力，并宣布PAN基碳纤维的总产能于2015年达到27100吨，2020年扩大至50000吨。另外，Hexcel

碳纤维复合芯导线的特性及应用

碳纤维复合芯导线的特性及应用 文章主要论述了碳纤维导线的特性及在老线路改造工程中的应用。希望能够为相关行业的发展提供一些借鉴，并且为保护环境，节能减排，改善人类生态环境等方面做出应有的贡献。 标签：碳纤维导线；特性；线路增容；ACCC/TW 引言 长期以来，架空输电线路导线主要采用钢芯铝绞线以及相关产品，电力工业的飞速发展对架空输电线路导线提出了更高的要求，促使各国科技人员研发各种新型导线。上世纪90年代末，人们开始尝试用复合材料代替金属材料来制作导线的承载部件，改善导线的弧垂特性，采用软铝型线代替硬铝圆单丝，提高填充率和导电率，以达到提高线路输送容量的目的。远东控股集团于2002年开始跟踪和研究导线领域这一新发展，并于2006年成功专门从事复合芯软铝绞线的研发、生产和销售，经过近几年的产品质量提升及市场化。碳纤维复合芯导线在电力行业中得到了广泛的应用。 碳纤维复合芯软铝绞线的型号为JRLX/T（J-架空导线，RL-软铝，X-型线，T-碳纤维复合材料），规格用软铝型线标称截面和复合芯标称截面表示；国际上的通用型号为ACCC/TW（Aluminum Conductor Composite Core/Trapezoidal wire）。 碳纤维复合芯导线由于复合芯的强度足够高，不再需要铝承担受力作用，导电的铝就可以采用退火状态的软铝，软铝的截面设计成瓦型，可大幅减少导线的外径。 随着我国各行业电力需求的不断增长，部分老旧输电线路输送能力不足，面臨增容改造的压力。线路改造中，投资最大的项目是杆塔的更换，最棘手的问题是村民的土地问题，一种新型的导线“碳纤维复合芯导线”的产生，使老线路在不更换杆塔的前提下达到增容的目的。从节能、降低成本、增加输送容量、提高电网安全运行等方面综合看，推广应用具有很大的经济和社会效益。有助于构造安全，经济，环保，高效输电网络。 1 碳纤维导线的结构 碳纤维导线ACCC/TW的结构独特，内部是一根由碳纤维为中心层和玻璃纤维包覆制成的复合芯，外层由一系列呈梯形截面的软铝线绞合而成。碳纤维复核芯承担导线总的力学性能，具有强度高、密度小、膨胀系数小、耐腐蚀等特点。外层软铝具有导电率高、电阻小、自阻尼性能强的特点。碳纤维复合芯与软铝线绞制而成的导线，便具有优良的性能：导线重量轻，电阻小，表面光滑不易舞动，拉力质量比大，弧垂随温度的变化小等。因此，可作为电力部门老旧线路改造、

ACCC碳纤维复合芯导线

ACCC碳纤维复合芯导线 简介 ACCC碳纤维复合导线是目前全世界电力输变电系统理想的取代传统的钢芯铝铰导线、铝包钢导线、铝合金导线及进口殷刚导线的新产品，ACCC碳纤维复合导线与传统导线相比具有重量轻、强度大、低线损、弛度小、耐高温、耐腐蚀、与环境亲和等优点，实现了电力传输的节能、环保与安全。 优点 1.强度为普通导线的2倍。普通钢丝的抗拉强度为1240Mpa-1410Mpa，而ACCC导线的碳纤维混合固化芯棒，是前者的两倍。 2.导电率高，节能6%。由于ACCC导线不存在钢丝材料引起的磁损和热效应，而且在输送相同负荷的条件下，具有更低的运行温度，可以减少输电损失约6%。 3.低弧垂，降低2倍以上垂度。ACCC导线与ACSR导线相比具有显著的低弛度特性，在高温条件下弧垂不到钢芯铝绞线的1/2，能有效减少架空线的绝缘空间走廊，提高了导线运行的安全性和可靠性。 4.重量轻10-20%。碳纤维复合芯导线的比重约为钢的1/4，在相同的外径下,ACCC的铝截面积为常规ACSR导线的1.29倍。ACCC导线单位长度重量比常规ACSR导线轻10-20%，显示了ACCC导线重量轻的优点。

5、耐腐蚀，使用寿命高于普通导线的2倍。碳纤维复合材料与环境亲和，同时避免了导体在通电时铝线与镀锌钢线之间的电化腐蚀问题，有效地延缓导线的老化，使用寿命高于普通导线的2倍。 6、同样容量线路投资成本低于普通导线。由于ACCC 碳纤维复合导线倍容量运行，而且抗拉强度高、弛度小、重量轻等特点，可使杆、塔之间的跨距增大，高度降低，同样容量线路成本比普通导线低。 7、节约一半铝材的消耗。按每年电力电路200万吨铝用量计算，能节约铝材近100万吨。从保护环境、改善人类生态环境方面来说，具有划时代的意义。 碳纤维复合材料的发展和战略地位 碳纤维的出现是材料史上的一次革命。碳纤维是目前世界首选的高性能材料，具有高强度、高模量、耐高温、抗疲劳、导电、质轻、易加工等多种优异性能，正逐步征服和取代传统材料。现已广泛应用于航天、航空和军事领域。世界各国均把发展高性能碳纤维产业放在极其重要的位臵。碳纤维除了在军事领域上的重要应用外，在民品的发展上有着更加广阔的空间，并已经开始深入到国计民生的各个领域。在机械电子、建筑材料、文体、化工、医疗等各个领域碳纤维有着无可比拟的应用优势。 碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的。80年代初期，高性能及超高性能的碳纤维相继出现，这在技术上是又一次飞跃，同时也标志着碳纤维的研究和生产已进入一个高级阶段。经过二十多年的发展，碳纤维及其复合材料已从初创期转入增长发展期，其工业地位已基本确立，美、日、英、法、德等国

碳纤维及碳纤维复合芯导线施工手册

碳纤维及碳纤维复合芯导线施工手册 来源：输配电设备网时间：2010-09-21 阅读： 796次 标签：导线远东碳纤维 碳纤维复合材料具有优异力学特性和热稳定性，首先被应用于军事领域的航天、航空器和武器减重，随后被用于民用飞机、竞技体育的器材。随着碳纤维大规模生产技术的解决，碳纤维复合材料开始进入工业和生活领域。在上世纪90年代末，人们开始尝试用碳纤维复合材料代替金属材料来制作导线的芯材，以实现突破架空导线的各项技术瓶颈。远东控股集团于2002年开始跟踪和研究导线领域这一新发展，并于2006年设立了全资子公司——远东复合技术公司，专门从事碳纤维复合芯导线的研发、生产和销售。 碳纤维复合芯导线的优越性能表现在：1、导线的重量轻、强度高，在相同的运行应力时弧垂小;2、导线的线膨胀系数小，在最低温到最高温的运行温度范围内弛度小;3、导线的外径小，导线运行时的风偏及覆冰载荷小;4、导线的直流电阻和交流电阻小，线路运行时线损小;5、导线允许运行温度180℃，可大幅度增容;6、导线耐腐蚀，使用寿命长;7、导线表面紧凑、光滑，电晕损耗小; 碳纤维复合芯导线的力学、热学、电学特性均优于传统导线，综合解决了架空输电领域存在的各项技术瓶颈，可广泛用于老线路增容改造、新线路建设、电站母线，并可用于大跨越、大落差、重冰区、高污染等特殊气候和地理场合的线路。 碳纤维复合芯导线JLRX/T(ACCC/TW)施工手册 1. 适用范围 本规范规定了架空输电线路架线工程施工中，JLRX/T(ACCC/TW)碳纤维复合芯软铝绞线(以下简称JLRX/T(ACCC/TW)导线)的施工工艺及验收方法。 本手册适用于架空输电线路JLRX/T(ACCC/TW)导线架线工程及验收工作。 2. 手册引用文件 下列文件中的条款通过本规范的引用而成为本手册的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单或修订版均不适用于本规范，然而，鼓励根据本手册达成协议的各方面向社会是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本手册。 GB 50061 66KV及以下架空电力线路施工及验收规范 GB 50233 110~500KV架空电力线路设计规范信息来源:https://www.wendangku.net/doc/c34854374.html, DL/T 741 架空送电线路运行规程 DL/T 5092 110~500KV 架空送电线路设计技术规程

碳纤维的研究现状与发展

碳纤维的研究现状与发展 摘要：碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，分子结构界于石墨和金刚石之间，含碳体积分数随品种而异，一般在0.9以上。 关键词：碳纤维复合材料性能与应用 正文 一、碳纤维的性能 1.1分类 根据原丝类型分类可分为聚丙烯腈（PAN）基、沥青基和粘胶基3种碳纤维，将原丝纤维加热至高温后除杂获得。目前，PAN碳纤维市场用量最大；按力学性能可分为高模量、超高模量、高强度和超高强度4种碳纤维；按用途可分为宇航级小丝束碳纤维和工业级大丝束碳纤维，其中小丝束初期以1K、3K、6K（1K为1000根长丝）为主，逐渐发展为12K和24K，大丝束为48K以上，包括60K、120K、360K和480K等。 1.2性能碳纤维的主要性能：(1)密度小、质量轻，密度为1.5～2克/立方厘米，相当于钢密度的l/4、铝合金密度的1/2；(2)强度、弹性模量高，其强度比钢大4-5倍，弹性回复l00%； (3)具有各向异性，热膨胀系数小，导热率随温度升高而下降，耐骤冷、急热，即使从几千度的高温突然降到常温也不会炸裂；(4)导电性好，25。C时高模量纤维为775μΩ/cm，高强度纤维为1500μΩ/cm；(5)耐高温和低温性好，在3000。C非氧化气氛下不融化、不软化，在液氮温度下依旧很柔软，也不脆化；(6)耐酸性好，对酸呈惰性，能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀。此外，还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性。 通常，碳纤维不单独使用，而与塑料、橡胶、金属、水泥、陶瓷等制成高性能的复合材料，该复合材料也具有轻质、高强、耐高温、耐疲劳、抗腐蚀、导热、导电等优良性质，已在现代工业领域得到了广泛应用。 1.3应用领域 由于碳纤维具有高强、高模、耐高温、耐疲劳、导电、导热等特性，因此被广泛应用于土木建筑、航空航天、汽车、体育休闲用品、能源以及医疗卫生等领域。此外，碳纤维在电子通信、石油开采、基础设施等领域也有着广泛的应用，主要用于放电屏蔽材料、防静电材料、分离铀的离心机材料、电池的电极，在生化防护、除臭氧、食品等领域种也有出色的表现。碳纤维复合材料片。碳纤维复合材料片是采用常温固化的热固性树脂（通常是环氧树脂）将定向排列的碳纤维束粘结起来制成的薄片。把这种薄片按照设计要求，贴在结构物被加固的部位，充分发挥碳纤维的高拉伸模量和高拉伸强度的作用，来修补加固钢筋混凝土结构物。日本、美国、英国将该材料用于加固震后受损的钢筋混凝土桥板，增强石油平台壁及耐冲击性能的许多工程上，获得了突破性进展。碳纤维复合材料片具有轻质（比重是铁的1/4～1/5），拉伸模量比钢高10倍以上，耐腐蚀性能优异，可以手糊，工艺性好等优点。因此，碳纤维复合材料片在修补加固已劣化的钢筋混凝土结构物（约束裂纹发展、防止混凝土削落）和提高结构物耐力以及对用旧标准设计建成的钢筋混凝土结构物的补强、加固应用将越来越多。 二、生产工艺